Гіпермаркет Знань>>Біологія>>Біологія 10 клас>> Біологія: Кисневий етап енергетичного обміну. Хемосинтез.

Кисневий етап енергетичного обміну. Хемосинтез.

Пригадайте

Які процеси називають окиснювальними, а які - відновлювальними?

Яка будова і функції мітохондрій?

Що таке гліколіз?

Завершальним етапом енергетичного обміну є кисневий, або аеробне дихання.

Що відбувається на кисневому етапі енергетичного обміну? Кисневий етап енергетичного обміну можливий лише за наявності кисню. Тому його ще називають аеробним (від грец. аер — повітря). Під час цього етапу органічні сполуки, які утворилися на попередньому, безкисневому, окиснюються до кінцевих продуктів - С0₂ і Н₂0. Ці процеси відбуваються також у клітинах. Сукупність реакцій окиснення, які відбуваються в живих клітинах, називають біологічним окисненням. Завдяки йому організм дістає значну кількість енергії, необхідної для забезпечення процесів життєдіяльності. Частина цієї енергії запасається в високоенергетичних зв'язках молекул АТФ.

Пригадаймо, що під час окиснювально-відновних реакцій електрони переносяться від відновника (сполука, яка їх постачає) до окисника (сполука, що їх приймає). Процес біологічного окиснення органічних сполук пов'язаний з відщепленням від них гідрогену і приєднанням його до молекулярного кисню за допомогою особливих біологічно активних речовин-переносників. Унаслідок цього утворюється вода. Як і будь-які біохімічні процеси, реакції біологічного окиснення каталізують певні ферменти.

Аеробне дихання відбувається в мітохондріях.

Важливе місце в аеробному енергетичному обміні належить так званому циклу Кребса.

Яке біологічне значення циклу Кребса?

Цикл Кребса - це послідовне перетворення певних органічних кислот, що відбувається в матриксі мітохондрій. Цей процес названо на честь англійського біохіміка Ханса Адольфа Кребса, який відкрив його у 1937 році.

На початку циклу піровиноградна кислота (яка є продуктом гліколізу) реагує з щавлевооцтовою,утворюючи лимонну кислоту. Остання через низку послідовних реакцій перетворюється на інші кислоти. Внаслідок таких перетворень відтворюється щавлевооцтова кислота, яка знову реагує з піровиноградною, і цикл повторюється.

У чому полягає біологічне значення цих складних перетворень?

Унаслідок кожного циклу Кребса може утворюватися одна молекула АТФ. Крім того, в ході біохімічних реакцій циклу від органічних кислот відщеплюються атоми гідрогену, які є носіями енергії. Ці атоми відновлюють певні сполуки. Енергія, запасена в атомах гідрогену, згодом частково використовується для синтезу молекул АТФ. А молекули вуглекислого газу, які утворюються під час цих перетворень, залишають мітохондрії та з часом виводяться з клітини.

Схема циклу Кребса

Наступні перетворення пов язані з перенесенням електронів від атомів гідрогену (які, як ви пам'ятаєте, відщепилися від органічних кислот) на кисень. Ці процеси відбуваються за участю ланцюга дихальних ферментів, вбудованих у внутрішню мембрану мітохондрій. Електрони послідовно передаються від одних сполук до інших доти, доки не відбудеться процес відновлення кисню.

Отже, процес окиснення органічних сполук киснем супроводжується низкою окиснювально-відновних реакцій. У ході цих реакцій енергія, яка міститься у вигляді хімічних зв'язків, звільняється поступово. Це дає можливість клітині використовувати її повніше порівняно з тією енергією, яка звільняється в ході безкисневого етапу.

За допомогою послідовного ряду різних речовин-пе-реносників, розташованих у внутрішній мембрані мітохондрій, електрони транспортуються до її внутрішньої поверхні, тоді як іони гідрогену (Н⁺) накопичуються на її зовнішній поверхні. Одночасно на внутрішній поверхні мембрани мітохондрій концентрація Н+ зменшується (одна з причин - утворення Н₂0 при сполученні кисню з Н⁺ та електронами). Так виникає різниця концентрації іонів гідрогену  та електричних потенціалів, внаслідок чого зовнішня поверхня мембрани стає електропозитивною, а внутрішня - електронегативною.

У внутрішній мембрані мітохондрій розташована особлива ферментна система (Н⁺-АТФаза), завдяки якій з АДФ та фосфатної кислоти синтезуються молекули АТФ. Для цього використовується енергія, яка звільняється при перенесенні іонів Н+ із зовнішньої поверхні мембрани мітохондрій на внутрішню.

Цей процес відбувається тоді, коли різниця потенціалів на мембрані досягне певного рівня, іони Н⁺ через канал у молекулі ферменту, який забезпечує синтез АТФ, повернуться на внутрішній бік мембрани. В цей час і відбувається синтез молекул АТФ з АДФ та фосфатної кислоти.

Який енергетичний баланс кисневого етапу енергетичного обміну?

Повне окиснення молекул молочної або піровиноградної кислоти, що утворилися з глюкози під час гліколізу, до Н₂0 і С0₂ супроводжується виділенням такої кількості енергії, якої достатньо для утворення 36 молекул АТФ. Під час цих перетворень виділяється близько 2800 кДж енергії, з яких у вигляді макроергічних зв'язків молекул АТФ запасається 1596 кДж, або 55%, а 45% - розсіюється у вигляді тепла.

Сумарне рівняння кисневого етапу енергетичного обміну має такий вигляд:

2С₃Н₆0₃ + 60₂ + 36Н₃Р0₄ + 36АДФ ⇒ 6С0₂ + 36АТФ + 36Н₂0

Ви вже знаєте, що в процесі анаеробного етапу енергетичного обміну при розщепленні однієї молекули глюкози утворюються дві молекули АТФ. Енергії, яка виділяється внаслідок повного розщеплення однієї молекули глюкози, вистачає на утворення 38 молекул АТФ. Сумарне рівняння безкисневого і кисневого етапів енергетичного обміну має такий вигляд:

C₆H₁₂O₆ + 38АДФ + 38Н₃РО₄ + 60₂ ⇒ 6С0₂ + 38АТФ + 44Н₂0

Завершується енергетичний обмін виведенням кінцевих продуктів з організму.

Контрольні запитання

1. Де відбувається кисневий етап енергетичного обміну?
2. За яких умов здійснюється кисневий етап енергетичного обміну?
3. У чому полягає суть циклу Кребса?
4. Скільки молекул АТФ синтезується внаслідок окиснення однієї молекули молочної або піровиноградної кислоти?
5. Скільки всього молекул АТФ синтезується на безкисневому та кисневому етапах енергетичного обміну?
6. Які структури мітохондрій відповідають за синтез АТФ?

Поміркуйте

Чому при окисненні органічних сполук вивільняється енергія?

Чому розщеплення органічних сполук за присутності кисню виявляється енергетично ефективнішим, ніж за його відсутності?

М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Первес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький, Загальна біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.

_{Завдання та відповіді з біології по класам, планування уроків з біології для 10 класу, домашнє завадання}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.